[发明专利]基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种介质隔离压力传感器，尤其是基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器。

背景技术

介质隔离传感器是将传感器芯片封装在能隔离测量介质的空腔内，因而在各种恶劣的应用环境中，仍能保证卓越的灵敏度、线性度。

目前应用较多的充油式介质隔离压力传感器，不锈钢膜片与金属外壳采用熔焊工艺进行气密性焊接，其中传感器内的硅油一般经过高温高真空下的处理，在真空下灌充，以消除残余气体对隔离测压系统的影响。充油式介质隔离压力传感器是基于硅油在低压力下的不可压缩性，来作为传递压力的载体，将压力传递至传感器芯片。由于真空灌封工艺时间较长，使得整个制造工艺较为复杂，其产量一直维持在一个较低的水平。

国外公司新研发的介质隔离传感器，其通过贴片胶将传感器芯片粘贴到压力接口，测试介质经过压力接口直接作用于传感器芯片，由于受传感器芯片尺寸的限制，其胶接的面积小，只能承受较低的压力，另外贴片胶在高温下的稳定性较差，在较恶劣的应用环境下其可靠性很难得到保障，这些很大程度上制约了这种产品的发展。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其导入了背面金属化工艺使传感器芯片具有可焊性，用焊接技术代替了传统的胶接，使得传感器的承压能力和介质兼容性更强，为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，包括传感器芯片、芯片安装基座、PCB下板、信号调理芯片、PCB连接器、PCB顶板、PCB上板、电气接口、金属外壳、压力接口；芯片安装基座为中空结构，中间有通孔，传感器芯片焊接在芯片安装基座通孔顶端上，芯片安装基座通过胶水粘接与PCB下板粘结；信号调理芯片贴装在PCB下板上，信号调理芯片通过金丝与传感器芯片金丝键合；PCB上板与PCB下板通过PCB连接器连接，PCB上板通过柔性电路板与PCB顶板连接，PCB顶板与电气接口连接；芯片安装基座另一端粘结在压力接口上，芯片安装基座通孔的末端与压力接口连通，压力接口与电气接口通过金属外壳连接为整体。

传感器芯片包括硅层、玻璃层和金属层，金属层通过预成型焊料回流焊接在芯片安装基座通孔的顶端上。

所述的传感器芯片的金属层为在玻璃层面上植入厚度约400-1000nm的金或银。

所述芯片安装基座上焊接面电镀锡镍合金层。

芯片安装基座焊接面电镀锡镍合金，传感器芯片通过溅射或蒸镀工艺在玻璃层面植入金属层，使传感器芯片具有可焊性。

压力接口与金属外壳通过激光焊接为一体，电气接口内的密封槽内装入密封圈后与金属外壳通过旋铆工艺压紧。

    芯片安装基座与PCB下板粘结处有定位凸台，PCB下板中间的孔形状相对应，保证PCB下板安装方向的唯一性。

芯片安装基座与PCB下板粘结处还有沉槽，芯片安装基座与压力接口粘结处有三角密封槽，三角密封槽，即横截面为三角形的槽，可以是多个槽组合，增加了有效粘接面积，增强了胶接强度。

PCB连接器包括连接器壳体和两端面的线路板插针，PCB上板和PCB下板对应的位置有插孔，连接器壳体内有空腔用于容纳传感器芯片。PCB通过PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。

电气接口与PCB顶板连接处有定位柱和插针，PCB顶板对应的位置有定位口和插孔。定位柱在电气接口的安装过程中起到了定位和防偏转的作用，有效地保证了旋铆工艺的质量，插针用于进行电连接。

芯片安装基座采用膨胀合金加工而成，不锈钢的热膨胀系数为18ppm/℃，膨胀合金的热膨胀系数为3ppm/℃，而芯片的热膨胀系数为2.6ppm/℃，可见膨胀合金与芯片的热匹配性更好，用膨胀合金替代不锈钢，在高温情况下对传感器的精度影响更小，在保证传感器精度的情况下，拓宽了传感器的使用温度范围。 

本发明提供的基于背面金属化工艺的介质隔离压力传感器，其通过背面金属化工艺使传感器芯片具有可焊性，再通过预成型焊料将传感器芯片与芯片安装基座焊接，芯片安装基座与压力接口粘接，最后电气接口与金属外壳通过旋铆技术，压力接口与金属外壳通过激光焊接技术将整个电路进行隔离封装，使测试介质与电路完全隔离，从而实现隔离测量介质压力的功能。为了简化封装工艺，提高产品可靠性，装配关系的零件都基于防呆和防反识别来设计，其中PCB通过新设计的PCB连接器进行安装，只需插拔，无需焊接。这种传感器是基于应用中的恶劣环境而设计的，可适应各种测试介质，且适宜于批量生产。

附图说明

图1为本发明剖面结构示意图；